光伏發(fā)電設(shè)計(jì)方案.doc

家用光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一 家用離式光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及系統(tǒng)組成 在光照條件下，太陽電池根據(jù)光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生一定的電動勢，通過組件的串并聯(lián)形太陽能電池方陣，使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。再通過充放控制器對蓄電池進(jìn)行充電，將由光能轉(zhuǎn)換而來的電能貯存起來。晚上，蓄電池組為逆變器提供輸入電，通過逆變器的作用，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，輸送到配電柜，由配電柜的切換作用進(jìn)行供電。蓄電池組的放電情況由控制器進(jìn)行控制，保證蓄電池的正常使用。光伏電站系統(tǒng)還應(yīng)有限荷保護(hù)和防雷裝置，以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的過負(fù)載運(yùn)行及免遭雷擊，維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的安全使用。從而實(shí)現(xiàn)：太陽能電能化學(xué)能電能的轉(zhuǎn)換，滿足我們的日常生活需求。圖1-1 家用光伏發(fā)電系統(tǒng)二 各部分的作用為：（一）太陽能電池板：太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽 能發(fā)電系統(tǒng)中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作。（二） 太陽能控制器：太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)；（三） 蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來。（四） 逆變器：太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。三 各參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)1 農(nóng)村一般家庭用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì) 序號負(fù)載名稱規(guī)格描述單位數(shù)量每天工作時(shí)間日耗電量1節(jié)能燈20W/220V個(gè)55小時(shí)500WH2電視機(jī)150W/220V臺14小時(shí)600WH3洗衣機(jī)300W/220V臺11小時(shí)300WH4冰 箱200W/220V臺124小時(shí)1000WH5電飯煲1200W/220V個(gè)10.5小時(shí)600WH6總 計(jì)3000WH(3度) 表1-1 用電量統(tǒng)計(jì) 2 根據(jù)表1-1設(shè)計(jì)蓄電池組 （1）蓄電池的先用: 能夠和太陽能電池配套使用的蓄電池種類很多，目前廣泛采用的有鉛酸免維護(hù)蓄電池、普通鉛酸蓄電池和堿性鎳鎘蓄電池三種。國內(nèi)目前主要使用鉛酸免維護(hù)蓄電池，因?yàn)槠涔逃械摹懊狻本S護(hù)特性及對環(huán)境較少污染的特點(diǎn)，很適合用于性能可靠的太陽能電源系統(tǒng)，特別是無人值守的工作站。普通鉛酸蓄電池由于需要經(jīng)常維護(hù)及其環(huán)境污染較大，所以主要適于有維護(hù)能力或低檔場合使用。堿性鎳鎘蓄電池雖然有較好的低溫、過充、過放性能，但由于其價(jià)格較高，僅適用于較為特殊的場合。 (1)蓄電池容量計(jì)算：蓄電池的容量對保證連續(xù)供電是很重要的。在一年內(nèi)，方陣發(fā)電量各月份有很大差別。方陣的發(fā)電量在不能滿足用電需要的月份，要靠蓄電池的電能給以補(bǔ)足；在超過用電需要的月份，是靠蓄電池將多余的電能儲存起來。所以方陣發(fā)電量的不足和過剩值，是確定蓄電池容量的依據(jù)之一。同樣，連續(xù)陰雨天期間的負(fù)載用電也必須從蓄電池取得。所以，這期間的耗電量也是確定蓄電池容量的因素之一。 根據(jù)蓄電池容量計(jì)算公式：BC=AQLNLTOCC (AH) BC=1.2(300024)510.75=1000(AH) 注式中：A為安全系數(shù)，取1.11.4之間；QL為負(fù)載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時(shí)數(shù)；NL為最長連續(xù)陰雨天數(shù)；TO為溫度修正系數(shù)，一般在0以上取1，10以上取1.1，10以下取1.2;CC為蓄電池放電深度，一般鉛酸蓄電池取0.75，堿性鎳鎘蓄電池取0.85。根據(jù)以上計(jì)算，需要4個(gè)250AH/12V的電池，兩個(gè)串聯(lián)成一組，共兩組。3 太陽能電池方陣設(shè)計(jì)（1）太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)Ns將太陽能電池組件按一定數(shù)目串聯(lián)起來，就可獲得所需要的工作電壓，但是，太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)必須適當(dāng)。串聯(lián)數(shù)太少，串聯(lián)電壓低于蓄電池浮充電壓，方陣就不能對蓄電池充電。如果串聯(lián)數(shù)太多使輸出電壓遠(yuǎn)高于浮充電壓時(shí)，充電電流也不會有明顯的增加。因此，只有當(dāng)太陽能電池組件的串聯(lián)電壓等于合適的浮充電壓時(shí)，才能達(dá)到最佳的充電狀態(tài)。計(jì)算方法如下：Ns=UR/Uoc=（UfUDUc）/Uoc =（5+0.7+0）/36=1式中：UR為太陽能電池方陣輸出最小電壓；Uoc為太陽能電池組件的最佳工作電壓；Uf為蓄電池浮充電壓；UD為二極管壓降，一般取0.7V；UC為其它因數(shù)引起的壓降。蓄電池的浮充電壓和所選的蓄電池參數(shù)有關(guān)，應(yīng)等于在最低溫度下所選蓄電池單體的最大工作電壓乘以串聯(lián)的電池?cái)?shù)。（2）太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np在確定NP之前，我們先確定其相關(guān)量的計(jì)算方法。將太陽能電池方陣安裝地點(diǎn)的太陽能日輻射量Ht，轉(zhuǎn)換成在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的平均日輻射時(shí)數(shù)H。設(shè)地點(diǎn)為成都，則斜面日均輻射量為：10304。H=103042.77810000h=2.862式中：2.77810000（hm2/kJ）為將日輻射量換算為標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)（1000W/m2）下的平均日輻射時(shí)數(shù)的系數(shù)。太陽能電池組件日發(fā)電量QpQp=IocHKopCz=5.02.8620.8850.8=10.13（AH）式中：Ioc為太陽能電池組件最佳工作電流；Kop為斜面修正系數(shù)；Cz為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8。兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)NW=30，此數(shù)據(jù)為本設(shè)計(jì)之獨(dú)特之處，主要考慮要在此段時(shí)間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補(bǔ)充起來，需補(bǔ)充的蓄電池容量Bcb為：Bcb=AQLNL=1.2（3000/24）5=750(AH) Qp=3000/24=125(AH)太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計(jì)算方法為：Np=（BcbNwQL）/（QpNw）=(750+30125)/(10.1330)=14.81上式表達(dá)意為：并聯(lián)的太陽能電池組組數(shù)，在兩組連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)內(nèi)所發(fā)電量，不僅供負(fù)載使用，還需補(bǔ)足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。(3)太陽能電池方陣的功率計(jì)算根據(jù)太陽能電池組件的串并聯(lián)數(shù)，即可得出所需太陽能電池方陣的功率P：P=PoNsNp=180114=2520W式中：Po為太陽能電池組件的額定功率。所以，需要180W/24V電池板14塊。四 控制器的安裝目前，家用系統(tǒng)大部分使用12V、24V和48V的直流太陽能系統(tǒng)，計(jì)算出太陽能板的總電流。公式如下：180W太陽能板14片/48V控制器=52.5A電流那么，采用兩個(gè)24V/30A太陽能充電控制器就可以滿足了。注意事項(xiàng)：如超過1000W的系統(tǒng)，盡量采用雙控制器，以便于檢測發(fā)電狀況和使用維護(hù)?？刂破饕?yàn)樘柲馨逶诎l(fā)電時(shí)候并不是始終處于最大電壓和電流，所以在選控制器是可以按40%50%的電流，就可以滿足了。五 逆變器的安裝逆變器是連接負(fù)載和電池的最后一個(gè)關(guān)鍵組件，采用純正弦波逆變器不會對任何電器電機(jī)的使用壽命造成影響。逆變器的計(jì)算公式如下：使用電器的功率之和1.25=要使用的逆變器容量 逆變器容量=（100+150+300+200+1200）1.25=2437.5（W） 因此，需要一個(gè)24W/2500W輸出220V/20HZ的逆變器。六 綜合上述計(jì)算該家用光伏發(fā)電系統(tǒng)方案及報(bào)價(jià)如下表：序號產(chǎn)品名稱描述單位數(shù)量單價(jià)（元）總價(jià)（元）1太陽能電池組件BSM180-72 180w/24v 單晶硅塊141224171362太陽能充電控制器CM3048(30A/24V)LED顯示臺24008003太陽能逆變器HX4K 24/48/96VDC 3000臺2320064004鉛酸免維護(hù)蓄電池塊4150060005其他支架 、電線等40006總計(jì)34336七 方案分析及討論 從整套家用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的大概成本看要3.5萬元，成本較高按一般農(nóng)村家庭來計(jì)算要十年后才能免費(fèi)用電。對于成本較高的原因分析為以下幾點(diǎn)：1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)還不夠科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。我對各部件產(chǎn)品的市場價(jià)格及性能不夠了解，所以在產(chǎn)品采購上的規(guī)劃還不是最優(yōu)化的，從而導(dǎo)致成本較高。2. 從地點(diǎn)選擇上看：我設(shè)計(jì)地點(diǎn)在成都，而成都的日